第12章声测量技术

1、第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 学学 习习 内容内容 1. 了解噪声测试的物理学基本知识及人对噪声的主观度量方法； 2. 了解常用的噪声测量及分析仪器，重点掌握声级计的原理及使用方法；第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 1 1、噪声的定义、噪声的定义 噪声是声波的一种，具有声波的一切特性，不协调噪声是声波的一种，具有声波的一切特性，不协调的声音称为噪声。的声音称为噪声。声音可分为声音可分为：次声：次声：频率低于频率低于20hz20hz的声音；的声音；可听声：可听声：人耳可听到的声音，频率为人耳可听到的声音，频率为20hz20hz到到20khz20khz；超声：超声：声波的频

2、率高到超过人耳听觉范围的频率极限，声波的频率高到超过人耳听觉范围的频率极限，人们觉察不到的声波；人们觉察不到的声波；特超声：特超声：高于超声频率上限的超高频声波如高于超声频率上限的超高频声波如300mhz300mhz、500mhz500mhz、1000mhz1000mhz的声波。的声波。12.1 12.1 概述概述第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2 2、声压、声强和声功率、声压、声强和声功率 1 1）声压）声压 声压是指有声波时，媒质的压力对静压（没声压是指有声波时，媒质的压力对静压（没有声波时媒质的压力）的变化量，通常以其均方有声波时媒质的压力）的变化量，通常以其均方根值来表示。

3、根值来表示。 声压记为声压记为p p，单位为牛，单位为牛/ /米米2 2（n/mn/m2 2）, ,即帕（即帕（papa）。）。 听阀声压：正常人双耳能听到的听阀声压：正常人双耳能听到的1000hz1000hz的纯音的的纯音的 声压为声压为2 21010-5 -5papa； 基准声压基准声压 : 2: 21010-5 -5papa第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2) 2) 声强声强 声场中某一点处的声强定义为一个与指定方声场中某一点处的声强定义为一个与指定方向（声波由声源该点的传播方向）相垂直的单位面向（声波由声源该点的传播方向）相垂直的单位面积上、每单位时间内传过的声能积上、每单

4、位时间内传过的声能 。 以以i i表示，其单位为瓦表示，其单位为瓦/ /米米2 2（w/mw/m2 2） 听阈声压的声强为听阈声压的声强为1010-12-12w/mw/m2 2，以此值作为基准声，以此值作为基准声强强 。3 3）声功率）声功率 声功率是声源在单位时间内发射出的总能量，声功率是声源在单位时间内发射出的总能量，通常用通常用ww表示，单位为瓦（表示，单位为瓦（ww）。取）。取1010-12-12ww作为基作为基准声功率。准声功率。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 3 3、声级和分贝、声级和分贝 通常声压、声强和声功率以分贝表示通常声压、声强和声功率以分贝表示 ，分贝表示的量

5、，分贝表示的量与选定的基准量有关。与选定的基准量有关。1 1）声压级（）声压级（l lp p） p p0 0为基准声压（为基准声压（p p0 0=2=21010-5 -5papa）。）。2 2）声强级（）声强级（l li i） i i0 0为基准声强（为基准声强（i i0 0=10=10-12-12w/mw/m2 2）。）。 )db(g201g10020ppppllp)db(g100iilli第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 3 3）声功率级（）声功率级（l lww） 式中，式中，ww0 0为基准声功率（为基准声功率（ww0 0=10=10-12-12ww）。）。4 4）分贝的加、减

6、和平均）分贝的加、减和平均 分贝加法分贝加法 通常情况下，声源不是单一的，总是有多个通常情况下，声源不是单一的，总是有多个声源同时存在的。声级的合成用分贝加法来进行。声源同时存在的。声级的合成用分贝加法来进行。各声源声波互不相干的情况下各声源声波互不相干的情况下: :)db(g100wwllw第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 l lii ii为第为第i i个声源的声强级（个声源的声强级（dbdb）lwilwi为第为第i i个声源的声功率级（个声源的声功率级（dbdb）。）。)db)(10(g10110/nilptpill)db)(10(g10110/nilitiill)db)(10(

7、g10110/nilwtwill总的声压级总的声压级lptlpt声强级的求和声强级的求和 总声功率级的求和声功率级的求和第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 分贝减法 在某些情况下，需要从总的测量结果中减去被测声源以外的声音，如本底噪声的影响，以确定单独由被测声源产生的声级，这就要进行分贝相减的计算。 分贝的平均值 分贝平均值的求法由分贝求和法而来，即 n为测点数目；lpi为第i点测得的声压级为测点数目为n点的平均声压级。)db)(101lg(10110/nilpipnl第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 故故一般声级计中，参考等响曲线设置计权网络一般声级计中，参考等响曲线设置计

8、权网络a a、b b、c c三种，三种，对人耳敏感的频域加以强调，对人耳不敏感的频域加以衰对人耳敏感的频域加以强调，对人耳不敏感的频域加以衰减，就可直接读出反映人耳对噪声感觉的数值，使主客观减，就可直接读出反映人耳对噪声感觉的数值，使主客观量趋于一致。量趋于一致。 4、声级计的计权网络、a声级水平线为等响曲水平线为等响曲线线第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 a a计权网络计权网络是效仿倍频等响曲线中的是效仿倍频等响曲线中的4040方曲线设方曲线设计的，较好地模仿了人耳对低频段（计的，较好地模仿了人耳对低频段（500500赫以下）赫以下）不敏感，对不敏感，对1000-50001000-

9、5000赫声敏感的特点。用赫声敏感的特点。用a a计权计权测量的声级叫做测量的声级叫做a a声级，记作分贝（声级，记作分贝（a a），或），或dbadba。 b b计权网络计权网络是效仿是效仿7070方等响曲线，低频有衰减方等响曲线，低频有衰减,c,c计权网络是效仿计权网络是效仿100100方等响曲线，在可听频率范围方等响曲线，在可听频率范围内，有近乎平直的特内，有近乎平直的特 点，让所有频率的声音近乎点，让所有频率的声音近乎均同通过，基本上不衰减，因此均同通过，基本上不衰减，因此c c计权网络代表计权网络代表总声压级。总声压级。 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 声级计的读数均为分

10、贝值。显然，选用声级计的读数均为分贝值。显然，选用c c档计权网络档计权网络测量时，声压级未经任何修正（衰减），读数仍为声压级测量时，声压级未经任何修正（衰减），读数仍为声压级的分贝值。而的分贝值。而a a档和档和b b档的计权网络，对声压级已有修正，档的计权网络，对声压级已有修正，故它们的读数不应是声压级，但也不是响度级，其读数应故它们的读数不应是声压级，但也不是响度级，其读数应称声级的分贝值。上图所示为称声级的分贝值。上图所示为a a、b b、c c计权网络的衰减曲计权网络的衰减曲线线。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 12.2.1 传声器 传声器是将声信号转换成相应的电信号的一

11、种声电换能器。 1、传声器的种类和结构 传声器按其变换原理，可分成电容式、压电式和电动式等类型，其中电容式传声器在噪声测试中的应用最为广泛。12.2 噪声测量仪器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 张紧的膜片与其靠得很 近的后极板组成一电容器。 在声压的作用下膜片产生 与声波信号相对应的振动， 使膜片与不动的后极板之间的极距改变，导致 该电容器电容量的相应变化。因此，电容式传声器是一极距变化型的电容传感器。运用直流极化电路输出一交变电压，此输出电压的大小和波形由作用膜片上的声压所决定。1) 电容式传声器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 压电式传声器主要由膜片和与其相联的压电晶

12、体弯曲梁所组成在声压的作用下，膜片位移，同时压电晶体弯曲梁产生弯曲变形，由于压电材料的压电效应，使其两表面生产相应的电荷，得到一交变的电压输出。2)压电式传声器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 电动式传声器，又称动圈式传声器在膜片的中间附有一线圈（动圈），此线圈处于永久磁场的气隙中，在声压的作用下，线圈随膜片一起移动，使线圈切割磁力线而产生一相应的感应电动势。3)电动式传声器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2. 传声器的参数 1 1）灵敏度）灵敏度 s s = = 电量输出电量输出/ /机械量输入，习惯上常把传声器的灵敏度机械量输入，习惯上常把传声器的灵敏度级级l ls

13、s简称为简称为“灵敏度灵敏度”，灵敏度，灵敏度l ls s由下式确定：由下式确定： u u为传声器的输出电压（为传声器的输出电压（v v）；）；p p为作用在传声器上的有为作用在传声器上的有效声压（效声压（papa）；）；u u0 0、p p0 0为分别为基准电压和基准声压。为分别为基准电压和基准声压。 （常取（常取u u0 0/ /p p0 0=1v/pa=1v/pa）。）。 灵敏度又分声场灵敏度和声压灵敏度两种。声压灵敏度是灵敏度又分声场灵敏度和声压灵敏度两种。声压灵敏度是输出电压与传声器放入声场后实际作用于膜片上的声压之输出电压与传声器放入声场后实际作用于膜片上的声压之比；声场灵敏度是指

14、输出电压与传声器放入声场前所在位比；声场灵敏度是指输出电压与传声器放入声场前所在位置的声压之比。置的声压之比。)db(/lg2000pupuls第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2 2）频率响应特性）频率响应特性 传声器的频率响应特性是指传声器灵敏度对被传声器的频率响应特性是指传声器灵敏度对被测噪声的频率响应。传声器的理想频响特性是在测噪声的频率响应。传声器的理想频响特性是在20hz-20khz20hz-20khz声频范围内保持恒定。声频范围内保持恒定。 3 3）动态范围）动态范围 传声器的过载声压级与等效噪声声压级之间传声器的过载声压级与等效噪声声压级之间的范围称为动态范围。的范围

15、称为动态范围。 4 4）指向性）指向性 传声器的响应随声波入射方向变化的特性称为传传声器的响应随声波入射方向变化的特性称为传声器的指向性。声器的指向性。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 5 5）非线性失真）非线性失真 当被测声压超出传声器正常使用的动态当被测声压超出传声器正常使用的动态范围时，输出特性将呈非线性，产生非线性失范围时，输出特性将呈非线性，产生非线性失真。真。 6 6）输出阻抗）输出阻抗 传声器种类不同，其输出阻抗也不同，传声器种类不同，其输出阻抗也不同，这就要求后接电路有相应的处理方式。如电容这就要求后接电路有相应的处理方式。如电容式传声器输出阻抗很高，应经阻抗变换或用

16、高式传声器输出阻抗很高，应经阻抗变换或用高输入阻抗的前置放大电路来匹配；而电动式传输入阻抗的前置放大电路来匹配；而电动式传声器的输出阻抗较低，可直接与一般电压放大声器的输出阻抗较低，可直接与一般电压放大器连用器连用 。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 1、声级计的分类 按用途分：按其精度可分为四种类型：按其精度可分为四种类型： 0 0型声级计作为实验室用标准声级计；型声级计作为实验室用标准声级计； 1 1型相当于精密声级计；型相当于精密声级计； 2 2型作为一般用途声级计；型作为一般用途声级计； 3 3型作为普级型声级计。型作为普级型声级计。12.2.2 12.2.2 声级计声级计积

17、分声级积分声级计计一般声级一般声级计计脉冲声级脉冲声级计计噪声暴露噪声暴露计计第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2 2、声级计的工作原理、声级计的工作原理 声级计主要由传声器、输入级、放大器、衰声级计主要由传声器、输入级、放大器、衰减器、计权网络，检波电路和电源等部分组成。减器、计权网络，检波电路和电源等部分组成。 声信号通过传声器转换成交变的电压信号，经声信号通过传声器转换成交变的电压信号，经输入衰减器、输入放大器的适当处理进入计权网输入衰减器、输入放大器的适当处理进入计权网络，以模拟人耳对声音的响应，而后进入输出衰络，以模拟人耳对声音的响应，而后进入输出衰减器和输出放大器，最后通

18、过均方根值检波器检减器和输出放大器，最后通过均方根值检波器检波输出一直流信号驱动指示表头，由此显示出声波输出一直流信号驱动指示表头，由此显示出声级的分贝值级的分贝值 。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 3 3、声级计的使用、声级计的使用 声级计的校准：声级计的校准： 一般声级计自身能产生一个标准的电信号一般声级计自身能产生一个标准的电信号用于校准放大器等电路的增益。在测量前，用于校准放大器等电路的增益。在测量前，对传声器或声级计整机进行校准，必要时测对传声器或声级计整机进行校准，必要时测量完成后再校准一次。电容传声器常用的校量完成后再校准一

19、次。电容传声器常用的校准器有准器有活塞发声器、落球发声器活塞发声器、落球发声器等。如国产等。如国产nx6nx6型活塞发声器，其校准不确定在型活塞发声器，其校准不确定在0.2db0.2db以内。以内。 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 声级计的指示表头一般有声级计的指示表头一般有“快快”、“慢慢”两档，根据测试两档，根据测试声压随时间波动的幅度大小来作相应选择。声压随时间波动的幅度大小来作相应选择。 输入级是一阻抗变换器，用来使高内阻抗的电容传声器与后输入级是一阻抗变换器，用来使高内阻抗的电容传声器与后级放大器匹配。要求输入级的输入电容小和输入电阻高。但当级放大器匹配。要求输入级的输入电容小和输入电阻高。但当输入信号较大时，又需要对信号进行衰减，使电表指针得到适输入信号较大时，又需要对信号进行衰减，使电表指针得到